Энергетика

Город Среднеуральск, улица Парижской Коммуны, дом 1, фасад поликлиники. В основу легла работа 12-летнего школьника Семена Галкина, которая была признана лучшей в проекте «Энергия искусства»

Об этом можно узнать пройдя по этой ссылке.

Ранее я опубликовала снимок другого рисунка в том же городе.

Сверхпроводники - перспективная идея, однако на практике их использование крайне затруднительно. Но что, если я скажу вам, что есть компания, которая, по их мнению, знает, как сделать электрическую сеть сверхпроводящей? Да, именно так, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Сверхпроводник - это материал, обладающий нулевым электрическим сопротивлением. Внутри сверхпроводника электрические токи перемещаются абсолютно без потерь. Сверхпроводники также обладают уникальным свойством: линии магнитного поля не могут проникнуть внутрь них, поэтому они парят над магнитами, что используется в поездах-маглевах.

Проблема заключается в том, что все известные сверхпроводники требуют либо очень низких температур, либо высокого давления. Наиболее практичными на данный момент являются так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые становятся сверхпроводящими при температурах выше -196°C.

Сложно воспринимать - 196°C как "высокую" температуру, но такой материал хорош тем, что его можно охлаждать жидким азотом. Те сверхпроводники, которые сверхпроводят при более низких температурах, намного сложнее и дороже в плане охлаждения, но это лишь часть проблемы.

Другая проблема заключается в том, что известные высокотемпературные сверхпроводники трудно производить, и они хрупкие. Их невозможно просто вытянуть в провод и начать пользоваться. Если вы помните прошлогоднюю историю с несуществующим сверхпроводником LK-99, это то представляете, в чем дело. Помните, как лаборатории по всему миру что-то выпекали в течение нескольких дней, а на выходе получились только левитирующие крошки? Да, даже если бы это сработало, изготовить линию электропередач из такого материала было бы сложно.

Сверхпроводящие линии электропередачи существуют и уже эксплуатируются, однако они работают принципиально иначе, нежели обычные провода. В стандартном проводе внутри находится, к примеру, медь, а снаружи - изолятор.

В сверхпроводящем же кабеле есть различные слои, между которыми циркулирует хладагент, а сам сверхпроводник обматывается поверх них. Обычно он выглядит, как на картинке ниже - напоминает буррито, но вместо бобов и сыра он наполнен мечтами и надеждами инженеров-электриков.

И да, они работают, но проблема в том, что производство жидкого азота требует больших энергозатрат. Если цель - сделать передачу энергии более эффективной, то бессмысленно вкладывать в систему охлаждения больше энергии, чем экономится при передаче. Кроме того, по мере течения азота по кабелю он нагревается, поэтому требуется регулярное охлаждение, для линий высокого напряжения обычно каждые 5 км.

Поэтому существующие сверхпроводниковые ЛЭП неудобно возводить и дорого эксплуатировать. Но американская компания VEIR утверждает, что нашла решение. Она базируется в Массачусетсе и за последние годы неоднократно привлекала существенные инвестиции, даже провела демонстрационный проект, хотя суть их разработки оставалась несколько неясной.

Однако теперь мне удалось найти статью и два патента, которые, на мой взгляд, объясняют их деятельность. Это похоже на детективное расследование, только вместо раскрытия убийств - разгадка тайны сверххолодных проводов. Первая тайна скрывалась за названием компании VEIR, которое происходит от закона Ома: V = I * R (Voltage Equals current Intensity multiplied by Resistance). Они используют в своей разработке идею, озвученную Национальной лабораторией Лос-Аламос в 2010 году: не прокачивать жидкий азот, а испарять его. 

Схематическое изображение приведено ниже.

Преимуществом данной конструкции является дополнительное охлаждение за счет самого испарения. Похоже на ситуацию, когда ветер ощущается более холодным из-за испарения воды с мокрой кожи (тело теряет энергию на испарение воды и, как следствие, свою температуру). В двух патентах компании описаны конструкция системы охлаждения вдоль маршрута и система подвеса для воздушных кабелей.

По сути, конструкция предназначена для выкачки части азота из кабеля, прокачки его через систему охлаждения и возврата в следующий сегмент. Сам азот можно извлекать из воздуха, который на 78% состоит из него. В любом случае, по их утверждению, с такой системой достаточно иметь станцию охлаждения примерно каждые 100 км, хотя, вероятно, эта оценка слишком оптимистична.

Использование сверхпроводящих кабелей поможет избежать потерь энергии и повысить эффективность передачи электричества, так как такие кабели не нагреваются и могут транспортировать больше энергии. Соответственно, для передачи того же объема энергии потребуется меньшее количество кабелей. В рамках тестового проекта протяженностью около 30 метров разработчики заключили партнерство с энергетической компанией National Grit, которая представлена в США и Великобритании, для испытаний технологии на больших расстояниях. Если бы такие кабели использовались повсеместно, их создатели могли бы разбогатеть.

Однако, как вы уже догадались, существуют проблемы, главная из которых - неизвестная надежность работы системы в крупных масштабах. К тому же высокотемпературные сверхпроводники пока дороже обычных кабелей, а поставщиков немного. Также необходимо решить вопросы образования наледи на линиях и безопасности для птиц, которые могут примерзнуть лапами к холодным проводам. Возможно, это просто вопрос маркетинга: "Криогенные голуби скоро появятся на ЛЭП рядом с вами!"

Много букв и немножко картинок.
Где то, больше года назад, один хороший человек пролил свет на устройство опоры высоковольтной ЛЭП. Пост зашел многим, включая меня. Я решил продолжить просветительскую деятельность (поднять плюсов) по этой теме.
Представляю вашему вниманию!!!
АВТОТРАНСФОРМАТОР 330 киловольт!

Получает 330, отдаёт 110 и 10, а на остальные гудит.

Что то похожее гудит у меня на работе... А начнем мы с масла. Кто то вспомнит подсолнечное, кто то сливочное, а у нас трансформаторное!
а выглядит оно примерно так:

И что оно смазывает? А ничего! Оно служит для того что бы отводить тепло от обмотки Автотрансформатора и в качестве дополнительной изоляции токоведущих частей. А еще оно любит расширяться от нагревания и наоборот. И вот мы плавно переходим к расширительному баку для масла.
Видишь какой он большой стоит вверху?
А если я скажу что внутри он имеет 2 отделения и большооооой мешочек?
Без мешка это выглядит примерно так:

а мешочек, который помещается в большой отсек бака трансформатора выглядит так:

Как это работает? Все просто, масло расширяется в трансформаторе и "лишнее" уходит в расширительный бак. Про РПН чуть позже. А мешок, он же "пленочная защита" служит что бы масло расширялось и сужалось без контакта с воздухом.
А еще масло любить вытекать.... всегда, везде, безудержно и неумолимо (подстанционщики тихо матерятся в сторонке).
Так как это неизбежно, инженеры придумали приделать указатель уровня масла на расширительный бак, дабы диспетчер мог контролировать сколько еще масло осталось.
Без остановок движемся дальше.
Как уже было отмечено выше, масло забирает себе тепло от обмоток трансформатора. А следовательно его нужно охлаждать, дабы вернувшись к обмотке оно забрало очередную порцию тепла. Для этого у Автотрансформатора есть радиаторы с электродвигателями охлаждения, которые, не покладая лопастей, обдувают радиатор потоком свежего воздуха. А что же стоит под радиатором? Это маслонасос. Тут я думаю все понятно. Насос прокачивает масло через радиаторы для лучшего охлаждения.
А что же будет если произойдет внутренне повреждение Автотрансформатора? Масло нагреется и бак автотрансформатора лопнет? А вот и нет. Для таких случаев придумали сбросной клапан(или предохранительный, не нужно ругаться). Уже посмотрел на картинке? Молодец. Что же он из себя представляет? Представляет из семя мембрану, которая крепко держит масло внутри трансформатора когда все хорошо, однако не выдерживает и лопается когда масло решит резко расшириться.
Как известно, в узких кругах, масло служит еще и для изоляции внутри самого Автотрансформатора. А на это свойство масла влияет его "химическое" состояние. Наличие примесей, влаги и всего того что может образоваться в процессе эксплуатации. Однако и тут есть свои примочки, а именно: термосифонный фильтр. Это бочонок в который засыпан абсорбент (у нас это селикагель) и через который проходит масло, оставляя ненужные примеси.

А теперь популярно поговорим про РПН. Что бы не мучать честной народ формулировками (да простят меня энергетики) максимально упростим повествование. Когда вы включаете чайник или лампочку - вы не предупреждаете вашу энергоснабжающую организацию об этом. Нагрузка в сети увеличивается, а значит напряжение проседает (нет). Почему нет? Потому что есть оно - Регулирование Под Нагрузкой. Это устройство которое меняет число витков обмотки в Автотрансформаторе, а следовательно увеличивает или уменьшает выходное напряжение. Поэтому у вас в розетке практически неизменные 220 вольт. Всё это работает от автоматики, которая подаёт команду на электродвигатель который находится в электроприводе РПН, который вращает всю систему для переключение витков обмотки. Тавтология.
Вот мы подбираемся к завершению просветительского поста.
На десерт у нас остался высоковольтный ввод 330кВ. Для чего же надо, этот ваш ввод?
Все до безумия просто. Что бы ток, который проходит по проводу, прошёл к обмотке автотрансформатора, а не корпусу автотрансформатора. И представьте себе, ввод тоже может быть с маслом. А масло, как вы уже узнали, любит расширяться. Куда же оно уйдёт? Правильно, в расширительный бак ввода 330кВ. Правда есть один нюанс. Как вы могли заметить, расширительный бак ввода стоит ниже самого ввода, а следовательно должен был заполниться маслом. Тогда куда же должно расширяться масло? Все туда же. Внутри этого расширительного бака есть сильфоны. На просторах интернета, картинки с разрезом такого бака я не нашел. Однако, мы можем использовать воображение. Представьте бочонок, внутри которого есть шарик заполненный азотом. Когда жарко, масло расширяется, а шарик с азотом сжимается. А когда холодно, масло сужается, давление падает и шарик опять становиться больше, заполняя пустое пространство в бочонке. Бочонок - это расширительный бак, сильфон - шарик заполненный азотом. Очень важно что бы весь ввод оставался в масле.

У автотрансформатора есть еще много интересных вещей. Возможно о них напишу отдельно.
Буду рад услышать дополнения, замечания и пожелания.
На этом мой пост заканчивается. История вымышленная, все совпадения случайны.
P. S. Мой первый пост на Пикабу. Не судите слишком строго.